Австралийская система отсчета высоты
| Австралийская система отсчета высоты | |
|---|---|
 Пример исследовательской экспедиции в 20 веке, аналогичной тем, которые были предприняты для завершения определения высот Австралии. | |
| Общая информация | |
| Система единиц | метрика |
| Единица | высота |
| Дата основания | июль 1971 г. |
| Справочная сеть | Австралийская национальная сеть выравнивания |
Австралийская система отсчета высот была введена в 1971 году как официальная система отсчета высот в Австралии и, таким образом, служит эталоном, к которому относятся все измерения высоты. Австралийская система отсчета высот представляет собой результат десятилетий работ по выравниванию уровня воды , проводимых многочисленными властями штатов и территорий по всей стране, и была скорректирована для приведения в соответствие со средними значениями уровня моря , полученными с помощью тридцати приливных датчиков, расположенных по всей береговой линии. [ 1 ] [ 2 ] Хотя он остается опубликованной системой отсчета высот для всех геодезических и инженерных операций, выполняемых на всей территории Австралии , новые технологии выявили многочисленные недостатки, смещения и искажения в австралийской системе отсчета высот, что привело к дискуссиям об определении новой австралийской системы отсчета по вертикали. [ 2 ] [ 3 ]
Фон
[ редактировать ]Национальный картографический совет (до 1945 г.)
[ редактировать ]До создания Австралийской системы отсчета высот исследования по выравниванию проводились профессиональными геодезистами для целей строительства и картографирования с использованием только местных или государственных вертикальных систем отсчета. [ 4 ] Проведение военных операций на материковой части Австралии во время Второй мировой войны в значительной степени выявило отсутствие топографических карт Австралии , до такой степени, что премьер-министр Бен Чифли одобрил создание Национального картографического совета Австралии в 1945 году с основной целью планирования. и управление национальной топографической картографической деятельностью. [ 5 ] В состав первого Национального картографического совета вошли директор национального картографического управления, генеральный инспектор Содружества и соответствующие генеральные геодезисты штата. [ 5 ] [ 6 ] На первом заседании совета между властями соответствующих штатов состоялись дискуссии о необходимости иметь единую национальную схему съемки и картографирования Австралии. [ 6 ] По завершении встречи члены Национального картографического совета Австралии единогласно согласились, что директору Национального картографического управления Фредерику Джонстону будет поручено координировать работу местных органов власти, властей штата и Содружества с целью выполнения картографической деятельности на всей территории Австралии . континент ; мероприятие, позже получившее название « Австралийское исследование выравнивания». [ 6 ]
Австралийская национальная сеть выравнивания (1945–1971)
[ редактировать ]С 1945 по 1955 год власти штатов Нового Южного Уэльса , Виктории и Западной Австралии при содействии Королевского австралийского исследовательского корпуса начали австралийские исследования по выравниванию, выровняв 4800 км материка. [ 6 ] [ 7 ] К 1960 году с участием властей Северной территории и штата Квинсленд было завершено 20 800 км контролируемой планировки . [ 6 ] Чтобы помочь горнодобывающим компаниям в поиске нефти в 1960-е годы, федеральное правительство предоставило директору Национального картографического управления дополнительные средства для найма частных геодезистов по контракту для ускорения изысканий. [ 7 ] К 1970 году объединение данных нивелирования и приливных датчиков, полученных в ходе этих коллективных съемок, привело к формированию «единой однородной сети» первичного нивелирования протяженностью 97 320 км, охватывающей всю страну, названной Австралийской национальной сетью нивелирования . [ 6 ] Благодаря линейной корректировке 757 участков первичного нивелирования в Австралийской национальной сети нивелирования при одновременном «удержании 30 маремеров, зафиксированных на их средних значениях уровня моря», была определена австралийская точка отсчета высот, которая затем была принята Национальным картографическим советом Австралии в июле. 1971. [ 8 ] [ 9 ]
Методика измерений
[ редактировать ]Австралийская база высот — это вертикальная высота 0,000 м, установленная Австралийской национальной сетью нивелиров (ANLN) путем измерения среднего уровня моря по 30 мареографам вдоль всей береговой линии Австралии в период 1966–1968 годов. [ 1 ] [ 10 ] Исходная поверхность основана на корректировке по методу наименьших квадратов исходных, «основных» данных нивелирования, охватывающих 97 320 км, в сочетании с более поздними, «дополнительными» данными нивелирования, охватывающих 80 000 км. [ 6 ]
Первичные наблюдения за нивелированием
[ редактировать ]Пять различных наблюдательных органов внесли свой вклад в первичные секции нивелирования в Австралийской национальной сети нивелирования, которые использовались для определения австралийской системы отсчета высот, каждая из которых использовала свои собственные группы нивелирования, которые проводили сочетание одностороннего и двустороннего нивелирования. Эти группы выравнивания состояли из двух водителей отдельных транспортных средств, а также одного инструментальщика, который чередовал машины во время «чехарды по маршруту выравнивания». [ 6 ] Эта стратегия заключалась в том, что специалист по приборам снимал показания как с заднего визира , так и с мушки , прежде чем один из водителей провез его мимо неподвижной машины другого водителя к следующей позиции установки, чтобы снять следующий набор показаний. [ 6 ] В обязанности двух водителей входило держать нивелирные рейки , в то время как специалист по приборам управлял нивелиром и записывал показания в книгу нивелирования. [ 11 ] Применяя эту стратегию, бригады по планировке смогли выполнить в среднем 35 км первичной планировки каждый день. [ 6 ] Одностороннее выравнивание предполагало применение описанной методологии только в одном направлении, в то время как двустороннее выравнивание также повторяло это снова в противоположном направлении для повышения точности показаний. [ 11 ] Ниже представлен совокупный вклад уравнивающих сторон в их соответствующие наблюдательные органы:
| Тип первичного выравнивания (км) | Наблюдательный орган | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| Государственные органы
(комбинированный) |
Отдел
Национальное картографирование |
Департамент
Интерьер |
Снежные горы
Гидроэлектростанция |
Подрядчики | |
| Оригинальный и второй
Одностороннее выравнивание |
697.0 | 4,203.8 | 23,590.0 | 0.0 | 19,613.5 |
| Первый, Второй и Третий Орден
Двустороннее выравнивание |
21,529.0 | 332.3 | 3,064.2 | 479.7 | 47,862.5 |
Наблюдения за средним уровнем моря
[ редактировать ]Данные об уровне моря с тридцати приливных датчиков , расположенных вокруг материковой береговой линии Австралии, также были собраны для получения данных о высоте Австралии. Расстояния между каждым последующим датчиком прилива значительно различались по стране: наименьший интервал между Порт-Кемблой и Кэмп-Коув (128 км) и самый большой интервал между Пойнт-Лонсдейл и Порт-Кембла (1150 км). [ 4 ] Наблюдения за уровнем моря проводились ежечасно с 1 января 1966 года по 31 декабря 1968 года для 29 назначенных приливных датчиков и с 1 января 1957 года по 31 декабря 1960 года для единственного приливного датчика в Карумбе , Квинсленд . [ 4 ] После того как все данные о приливах были собраны и обработаны, приливно-отливная станция Порт-Макдоннелл на станции была выбрана в качестве «номинального источника», а среднему уровню моря было присвоено значение 0,000 м. [ 6 ] [ 10 ] Уравнения нулевых условий между Порт-Макдоннеллом и данными об уровне моря других 29 станций затем использовались для удержания среднего уровня моря на уровне 0,000 м по всей национальной сети мареографов, в то время как первичные и вторичные записи нивелирования в Австралийской национальной сети нивелирования были одновременно сохранены. адаптирован под эту модель. [ 3 ] [ 6 ] [ 9 ] При этом была получена и официально принята в 1971 году поверхность отсчета австралийской высоты в качестве эталона, к которому относятся все новые измерения вертикальной высоты в Австралии.
Недостатки, смещения и искажения
[ редактировать ]С момента создания австралийской системы отсчета высот в 1971 году многочисленные недостатки, искажения, смещения и другие ошибки были выявлены и исследованы с использованием новейших технологий. Из-за отчаянной потребности Австралии в геодезическом вертикальном контроле и точном топографическом картировании для разведки полезных ископаемых в 1970-х годах, австралийская система отсчета высот была построена с использованием более низкого стандарта оборудования и методов нивелирования, чтобы обеспечить завершение работ в кратчайшие сроки. [ 12 ] [ 13 ] Например, примерно 80% (76520 км) работ по первичному выравниванию, входящих в Австралийскую национальную сеть выравнивания, были завершены частными подрядчиками в течение 10-летнего периода с 1960 по 1970 год. [ 6 ] С тех пор были выявлены значительные ошибки, включая уклон с севера на юг высотой 1,5 м, смещение между материковой частью Австралии и Тасманией на 26 см, а также региональные искажения по всей Западной Австралии. [ 10 ] [ 12 ] [ 13 ]
Склон Север-Юг
[ редактировать ]Склон север-юг представляет собой систематическую ошибку в горизонтальной поверхности австралийской системы отсчета высот, составляющую примерно 1,5 м от северного побережья до южного побережья Австралии. [ 3 ] [ 10 ] Этот наклон весьма проблематичен, поскольку он лишает законной силы основное допущение при использовании австралийской системы отсчета высот: поверхность отсчета имеет нулевой градиент (т.е. идеально горизонтальна). [ 10 ] Хотя эта систематическая ошибка относительно незначительна для проектирования «небольших инженерных проектов», в которых используются местные высоты, наклон с севера на юг очень влияет на планирование «крупномасштабных исследований», охватывающих большие расстояния по всей стране. [ 10 ] Наклон с севера на юг обусловлен главным образом тем фактом, что австралийская система отсчета высот была принята в качестве фиксированного среднего уровня моря по данным 30 приливных датчиков вокруг Австралии за двухлетний период, без учета естественных изменений топографии морской поверхности . [ 3 ] Национальный картографический совет Австралии решил использовать этот подход «среднего уровня моря», чтобы свести к минимуму использование отрицательных высот, что весьма проблематично для геодезистов и инженеров вблизи прибрежных районов, где проживает большая часть населения. [ 6 ] океана Используя подход среднего уровня моря, при создании австралийской системы отсчета высот не учитывалось значительное влияние средневременной динамической топографии на колебания уровня поверхности моря вокруг страны. [ 10 ] Пространственные вариации изменения уровня моря , отток пресной воды в районах гавани , где расположены мареографы, а также сочетание динамики океана – все это способствовало формированию четко выраженного склона с севера на юг высотой 1,5 м в пределах австралийской системы отсчета высот. [ 10 ] Чтобы противодействовать этому наклону, была введена гравиметрическая модель квазигеоида AUSGeoid09 для определения высот австралийской системы отсчета по показаниям Глобальной навигационной спутниковой системы (GNSS) . [ 10 ] [ 12 ] [ 13 ] Поскольку высоты GPS обеспечивают гораздо больший предел показаний, чем величина ошибок на уровне духа в австралийской системе отсчета высот, [ 12 ] Модель AUSGeoid09 способна «практически» устранить ошибку север-юг при преобразовании показаний GNSS в высоты австралийской системы отсчета. [ 13 ]
Компенсация материковой части Австралии и Тасмании
[ редактировать ]Австралийская система отсчета высот ( Тасмания ) рассматривается как отдельная система от австралийской системы отсчета высот, состоящая из корректировки по методу наименьших квадратов семидесяти двух нивелирующих секций по всему штату Тасмания с одновременным присвоением среднего уровня моря двух приливных датчиков в Хобарте. и Берни - вертикальная высота 0,000 м за 1972 год. [ 1 ] [ 6 ] Этот метод отличается от метода, используемого для определения среднего уровня моря, используемого для создания системы отсчета высот материковой Австралии, которая была взята за период с 1966 по 1968 год для 29 приливных датчиков и 1957-1960 годы для одного приливного датчика в Карумбе . [ 4 ] Из-за использования противоречивых подходов к периоду исследования среднего уровня моря во время установления двух датумов средние уровни моря для материковых и Тасманийских датумов с высокой вероятностью будут содержать некоторую степень ошибки по сравнению с истинным значением среднего уровня моря. [ 14 ] Это игнорирование различий в средневременной динамической топографии океана между созданием австралийской системы отсчета высот (материк) и австралийской системы отсчета высот (Тасмания) привело к явному смещению между высотой материковой поверхности и базовыми поверхностями Тасмании , которое, по оценкам, находится между — 61 мм и +48 мм. [ 14 ]
Региональные искажения в Западной Австралии
[ редактировать ]Помимо склона с севера на юг, в штате Западная Австралия были выявлены многочисленные другие региональные искажения в пределах австралийской системы отсчета высот. Наибольшие из этих нелинейных искажений наблюдаются в регионах Голдфилдс-Эсперанс и северном Кимберли . [ 15 ] В отличие от четко определенного и измеримого наклона с севера на юг по всему штату, линейная регрессия этих искажений не приводит к каким-либо отчетливым тенденциям. [ 15 ] Более того, использование гравиметрических моделей квазигеоида для «практического» устранения влияния средневременной динамической топографии океана не минимизирует степень этих региональных искажений. [ 13 ] [ 15 ] По этим причинам региональные искажения по всей Западной Австралии объясняются случайными ошибками, «присутствовавшими в наблюдениях за нивелированием духа» во время создания австралийской системы отсчета высот. [ 15 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с «Австралийская система отсчета высоты» . Геонауки Австралии . 2014 . Проверено 21 сентября 2020 г.
- ^ Перейти обратно: а б Филмер, MS; Физерстоун, МЫ (2012). «Три жизнеспособных варианта новой австралийской вертикальной системы отсчета» . Журнал пространственной науки . 57 (1): 19–36. Бибкод : 2012JSpSc..57...19F . дои : 10.1080/14498596.2012.679248 . hdl : 20.500.11937/20186 . ISSN 1449-8596 . S2CID 56168131 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Физерстоун, МЫ (2006). «Еще одно свидетельство наклона с севера на юг в австралийской системе отсчета высот» . Журнал пространственной науки . 51 (2): 1–6. Бибкод : 2006JSpSc..51....1F . дои : 10.1080/14498596.2006.9635076 . hdl : 20.500.11937/39721 . ISSN 1449-8596 . S2CID 53571234 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Блюм, PH (1975). «Австралийская система отсчета высот и стандартная система отсчета в Новом Южном Уэльсе» . Австралийский геодезист . 27 (1): 11–21. дои : 10.1080/00050326.1975.10440774 . ISSN 0005-0326 .
- ^ Перейти обратно: а б Ламберт, БП (1985). «Национальный картографический совет Австралии — сорок лет спустя» . Картография . 14 (2): 112–115. дои : 10.1080/00690805.1985.10438299 . ISSN 0069-0805 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п Роэлс, А.; Грейнджер, Х.; Грэм, Дж. (1975). КОРРЕКТИРОВКА АВСТРАЛИЙСКОГО ВЫРАВНИВАНИЯ 1970-1971 гг . Канберра, Австралия: Министерство полезных ископаемых и энергетики и Отдел национального картографирования. стр. 1–11.
- ^ Перейти обратно: а б Ламберт, БП (1973). «Национальное картографирование» . Австралийский геодезист . 25 (2): 163–167. дои : 10.1080/00050326.1973.10440669 . ISSN 0005-0326 .
- ^ Дейли, П. (1972). Преобразование датумов уровня ACT в австралийские датумы высот . Канберра, Австралия: Австралийское исследовательское управление, Департамент административных услуг Содружества. стр. 1–2.
- ^ Перейти обратно: а б Филмер, М.С. (2010). Исследование австралийской системы отсчета высот . Перт, Австралия: Департамент пространственных наук, Университет Кертина . стр. 1–10, 31–32.
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я Физерстоун, МЫ; Филмер, М.С. (2012). «Наклон с севера на юг австралийской системы отсчета высот объясняется средней динамической топографией океана» . Журнал геофизических исследований: Океаны . 117 (С8): н/д. Бибкод : 2012JGRC..117.8035F . дои : 10.1029/2012jc007974 . hdl : 20.500.11937/13616 . ISSN 0148-0227 .
- ^ Перейти обратно: а б Бринкер, Р.; Минник, Р. (1995). Справочник геодезистов (второе изд.). Бостон, Массачусетс: Springer US. ISBN 978-1-4615-2067-2 . OCLC 852789601 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Филмер, MS; Физерстоун, МЫ (2009). «Обнаружение ошибок выравнивания духа в AHD: недавние результаты и проблемы для любых новых австралийских баз данных высот» . Австралийский журнал наук о Земле . 56 (4): 559–569. Бибкод : 2009AuJES..56..559F . дои : 10.1080/08120090902806305 . hdl : 20.500.11937/33679 . ISSN 0812-0099 . S2CID 129898464 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и Физерстоун, МЫ; Кирби, Дж. Ф.; Хирт, К.; Филмер, MS; Классенс, С.Дж.; Браун, Нью-Джерси; Обнимать.; Джонстон, генеральный менеджер (2010). «Модель AUSGeoid09 австралийской системы отсчета высот» . Журнал геодезии . 85 (3): 133–150. дои : 10.1007/s00190-010-0422-2 . hdl : 20.500.11937/23487 . ISSN 0949-7714 . S2CID 3818132 .
- ^ Перейти обратно: а б Филмер, MS; Физерстоун, МЫ (2012). «Повторная оценка смещения австралийской системы отсчета высот между материковой Австралией и Тасманией» . Морская геодезия . 35 (1): 107–119. Бибкод : 2012MarGe..35..107F . дои : 10.1080/01490419.2011.634961 . hdl : 20.500.11937/15509 . ISSN 0149-0419 . S2CID 53474023 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Физерстоун, МЫ; Филмер, М.С. (2008). «Новая оценка искажений австралийских высот в Западной Австралии на основе GPS». Журнал Королевского общества Западной Австралии . 91 (2): 199–206.